[发明专利]全幅鱼眼镜头桶形畸变图像校正方法

说明书

技术领域

本发明一种桶形畸变图像的校正方法，特别针对全幅鱼眼镜头拍摄出来的桶形失真严重的图像。

背景技术

在机器人和车辆导航、视觉监控以及虚拟场景技术等许多计算机视觉领域中，往往需要得到更大视角范围的图像。广角镜头是获得大视角图像的一种途径，但成本高，并且当视角范围较大时，图像四周边缘处校正效果有时仍不理想。鱼眼镜头可以得到比广角镜头更大的视角范围，能够容纳更多场景，可以适应狭小空间的拍摄，但其成本却相对低得多，因此被广泛地应用。

鱼眼镜头在拍照时为了获取大视场的图像，不可避免地引入了桶形失真，图像中直线变曲，接近边缘的部分成像严重变形，只有镜头中心部分的内容可以保持原来的状态。常见的鱼眼镜头有两种：一种是圆形鱼眼镜头，也称全天候鱼眼镜头，其水平视角与垂直视角相等，成像区域为圆形，视角大于180°，焦距范围为6.5~8mm。另一种是全幅鱼眼镜头，其水平视角与垂直视角不相等且小于180°，成像区域为矩形，焦距为15~16mm。

圆形鱼眼镜头一般用于产生特殊艺术效果的图像，而全幅鱼眼镜头的图像经过畸变校正后，可以提取出丰富而准确的数据信息，在宇航空间等依赖于视觉信息做出决策的行业都具有相当高的应用价值，例如安防监控、管道探测、辅助驾驶、现场监测、车载巡检、工业测量、飞行器制导、移动机器人和车辆导航、视频会议以及远程教育等对运动目标检测和跟踪、外部空间探测等方面。

目前，为了消除和改善桶形畸变的图像，人们提出了各种各样的校正算法。比较常见的是仿射变换法、二次变换法以及极坐标变换法等方法。其中最为常用的是极坐标变换法，有二次极半径关系算法，也有三次极半径关系算法。这些方法对桶形失真不严重的图像校正效果尚可，但对全幅鱼眼镜头所产生的大视角的失真严重的桶形畸变图像进行校正时，显得力不从心，不能达到完全的校正，并且越是靠近图像边缘的部分校正效果越差。仿射变换甚至对图像边缘部分的校正效果几乎没有，而桶形失真图像校正效果的好坏对后续应用是否能提取到准确信息产生直接的影响。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种全幅鱼眼镜头桶形畸变图像校正方法，对图像的整体畸变校正效果好、校正效率高，该方法特别适用于全幅鱼眼镜头所造成的桶形畸变较为严重的图像的校正，对一般畸变程度较轻的桶形失真图像的校正同样适用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

步骤一、建立桶形畸变图像与还原图像之间相应像素点的位置关系，通过以下方式实现：

1、取三维球面坐标模型中半球体圆截面所在平面的直角坐标系，调整该直角坐标系的位置，使直角坐标系原点与桶形畸变图像的图像中心重合，即为二维的标准坐标系；

2、将桶形畸变图像和还原图像的每一个像素点的标准坐标转为极坐标形式，还原图像在极坐标系下每个像素点的极半径R＝a₁r+a₂r²+a₃r³，式中，r为桶形畸变图像在极坐标系下相应像素点的极半径，a₁、a₂和a₃为关系式的系数，通过在桶形畸变图像和还原图像对中选取至少三组对应像素点作为特征点对，将各特征点对的极半径值分别代入上式得到一方程组，利用最小二乘法求解得到；

步骤二、对步骤一的三次极半径关系式进行算法改进，通过以下方式实现：

1、已知桶形畸变图像的尺寸为i*j，计算桶形畸变图像中距离桶形畸变中心即标准坐标系原点最远的像素点（x_max,y_max）在极坐标下的极半径xmax=12j,]]>ymax=12i;]]>

2、确定改进算法的校正系数式中，（x,y）为当前计算的像素点在标准坐标系下的坐标；